Beschreibung

Verfahren zum Betreiben eines Feldgerätes der Automatisierungstechnik mittels eines mehrere formatierte Variablen aufweisenden Anwendungsprogramms

[0001] In der Automatisierungstechnik werden vielfach Feldgeräte eingesetzt, die zur Erfassung und/oder Beeinflussung von Prozessvariablen dienen. Beispiele für derartige Feldgeräte sind Füllstandsmessgeräte, Massedurchflussmessgeräte, Druck- und Temperaturmessgeräte etc., die als Sensoren die entsprechenden Prozessvariablen Füllstand, Durchfluss, Druck bzw. Temperatur erfassen.

[0002] Zur Beeinflussung von Prozessvariablen dienen Aktoren, wie z. B. Ventile die den Durchfluss einer Flüssigkeit in einem Rohrleitungsabschnitt oder Pumpen die den Füllstand in einem Behälter beeinflussen.

[0003] Eine Vielzahl solcher Feldgeräte wird von der Firma Endress + Hauser hergestellt und vertrieben.

[0004] In der Regel sind Feldgeräte in modernen Fabrikationsanlagen über standardisierte Feldbussysteme (Profibusä, FoundationäFieldbus, HART® etc.) mit übergeordneten Einheiten, z. Bsp. Leitsystemen oder Steuereinheiten verbunden. Diese dienen zur Prozesssteuerung, Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung sowie zur Inbetriebnahme der Feldgeräte.

[0005] Meist sind Feldbussysteme auch in Unternehmensnetzwerke integriert. Damit kann aus unterschiedlichen Bereichen eines Unternehmens auf Prozess- bzw. Feldgerätedaten zugegriffen werden.

[0006] Zur weltweiten Kommunikation können Firmennetzwerke auch mit öffentlichen Netzwerken, z.B. dem Internet, verbunden sein.

[0007] Die einwandfreie Funktion der Feldgeräte bzw. aller an ein Feldbussystem angeschlossenen Einheiten ist von entscheidender Bedeutung für den reibungslosen und sicheren Prozessablauf in einem Unternehmen. Störungen im Prozessablauf aufgrund von Fehlfunktionen oder Ausfall einzelner Feldgeräte können erhebliche Kosten verursachen.

[0008] Um die vielfältigen Aufgaben, die an moderne Feldgeräte gestellt werden, zu lösen, sind leistungsfähige Soft- und Hardwarekomponenten notwendig. Man bezeichnet Feldgeräte deshalb auch als „Embedded

Systems", d. h. speziell an bestimmte Aufgaben angepasste Rechnersysteme.

[0009] Die Software die in den Feldgeräten eingesetzt wird und die Funktionalität der Feldgeräte definiert, wird als Anwendungsprogramm (Firmware) bezeichnet. Diese Programme, die in Mikrocontrollern ablaufen, sind in der Regel in C++ geschrieben und weisen eine Vielzahl von Kostanten und Variablen auf, die bereits bei der Programmierung definiert werden müssen.

[0010] Es stehen verschiedene Datentypen für die Variablen zur Verfügung z. B. String, Float, Real oder Integer. Neben dem Datentyp muss auch der Variablenname und die Anzahl der zu reservierenden Bytes (Bytelänge), die der Datentyp im Speicher belegt, festgelegt werden.

[0011] Diese Festlegung, d. h. die Angabe von Variablenname, Datentyp und Bytelänge, wird als Variablen-Deklaration bezeichnet und erfolgt am Anfang eines Programms. In der Regel werden auch der Speicherort und die Zugriffrechte für die Variablen definiert.

[0012] Zur Laufzeit eines Programms kann die Variablen-Deklaration nicht mehr geändert werden. Ein Softwareentwickler muss sich deshalb bereits bei der Programmerstellung im Klaren sein, wie viele Bytes für die betreffende Variable benötigt werden. Um nicht unnötig Speicherplatz zu belegen, sollten nicht mehr Bytes für eine Variable reserviert werden, wie tatsächlich auch für diese gebraucht werden.

[0013] Die Variablen in Feldgeräten werden häufig auch als Parameter bezeichnet.

[0014] Ein Beispiel für einen Parameter ist der Grenzwert „Alarm". übersteigt der aktuelle Wert der Prozessvariablen diesen Grenzwert, so wird entweder am Gerät selbst oder in einer übergeordneten Einheit ein Alarm signalisiert.

[0015] Der Grenzwert kann vom Anwender entweder direkt am Gerät oder über ein entsprechendes Bedienprogramm z.B. FieldCare Fa. Endress+Hauser eingestellt werden. Die änderung des Wertes erfolgt zur Laufzeit des Programms.

[0016] Ein Parameter der zur Identifikation eines Feldgerätes benötigt wird, ist

[0017] der Parameter "Serien-Nummer". Dieser Parameter ist für den Wert

„ABC123EFG4" als Stringvariable mit einer Länge von 10 Bytes definiert.

[0018] Eine Seriennummer enthält verschiedene Informationen des Herstellers.

[0019] Normalerweise sind alle Serien-Nummern von einem Gerätehersteller ähnlich aufgebaut und besitzen dieselbe Struktur und das gleiche Format.

[0020] Mit zunehmender der Produktvielfalt und steigenden Anforderung an das „Life Cycle Management" von Feldgeräten wird der Aufbau der Serien-Nummer immer komplexer. Z. B. kann die Serien-Nummer zusätzliche Informationen zu den Produktionsstätten oder einem Produktschlüsseln beinhalten. Auch kann die Seriennummer in Verbindung mit dem richtigen Kennwort einem Servicetechniker erst den Zugang zu speziellen Geräteparametern erlauben. Mit Einführung solcher Konzepte können einem Kunden mehr Dienstleistungen vom Hersteller zu seinen die Geräten angeboten werden. Um diese Dienstleistungen auch für bereits eingesetzte Geräte (Installierte Basis) anbieten zu können, müssen die Serien-Nummern dieser entsprechend auf längere Serien-Nummern umgestellt werden, um auch diese Geräte in das „Life Cycle Management" effektiv integrieren zu können.

[0021] Für die änderung der Bytelänge einer Serien-Nummer ist eine Anpassung der Variablen-Deklaration in der Firmware notwendig. Bei Geräten die teilweise über 10-15 Jahre eingesetzt werden, ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine solche Anpassung notwendig wird, relativ groß.

[0022] Für die änderung der Firmware ist ein so genanntes Software-Update notwendig, d. h. vorhandene Firmware im Feldgerät muss gegen eine neue Firmware ausgetauscht werden. Ein solcher Austausch ist aber nur möglich, wenn der Betrieb des Feldgerätes unterbrochen wird. Während des Update-Vorgangs sind weder eine Messwerterfassung und noch eine Kommunikation mit einem Leitsystem möglich. Das Feldgerät steht für die Automatisierungsaufgabe somit nicht zur Verfügung. Dies kann unter Umständen zu einem Anlagenstillstand mit einem entsprechenden Produktionsausfall führen.

[0023] Eine änderung der Bytelänge einer formatierten Variablen in einem

Anwendungsprogramm für Feldgeräte der Automatisierungstechnik ist

insgesamt sehr aufwendig. [0024] Aufgabe der Erfindung ist es deshalb ein Verfahren zum Betreiben eines

Feldgerätes der Automatisierungstechnik mittels eines mehrere formatierte

Variablen aufweisenden Anwendungsprogramms anzugeben, das diese

Nachteile nicht aufweist, das insbesondere kein Software-Update erfordert, wenn die Formatierung einer Variablen geändert werden muss. [0025] Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen

Merkmale. [0026] Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den Unteransprüchen angegeben. [0027] Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass mindestens das

Format einer Variablen zur Laufzeit definiert werden kann. [0028] In vorteilhafter Weise ist das Format der Variable(n) in einer

Konfigurationsdatei festgelegt. [0029] Diese Konfigurationsdatei kann über eine am Feldgerät vorgesehene

Kommunikationsschnittstelle sehr einfach in das Feldgerät übertragen werden. [0030] Meist sind die zu ändernden Variablen, Variablen eines elektronischen

Typenschilds. [0031] Es ist besonders vorteilhaft, das elektronische Typenschild mit einer

Versionsnummer zu versehen, der ein Satz von Variablen mit einer definierten Formatierung zugeordnet ist. [0032] [0033] Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten

Ausführungsbeispiels näher erläutert. [0034] Es zeigen:

[0035] Fig. 1 Netzwerk der Prozessautomatisierungstechnik mit [0036] mehreren Feldgeräten in schematischer Darstellung; [0037] Fig. 2 Blockschaltbild eines Feldgerätes. [0038] In Fig. 1 ist ein Netzwerk der Automatisierungstechnik näher dargestellt.

An einen Datenbus D1 sind mehrere Rechnereinheiten (Workstations)

WS1 , WS2 angeschlossen. Diese Rechnereinheiten dienen als übergeordnete Einheiten (Leitsystem bzw. Steuereinheit) zur

Prozessvisualisierung, Prozessüberwachung und zum Engineering sowie zum Bedienen und überwachen von Feldgeräten. Der Datenbus D1 arbeitet z. B. nach dem Profibus® DP-Standard oder nach dem HSE (High Speed Ethernet)- Standard der Foundation® Fieldbus. über ein Gateway 1 , das auch als Linking Device oder als Segmentkoppler bezeichnet wird, ist der Datenbus D1 mit einem Feldbussegment SM1 verbunden. Das Feldbussegment SM1 besteht aus mehreren Feldgeräten F1 , F2, F3, F4 die über einen Feldbus FB miteinander verbunden sind. Bei den Feldgeräten F1 , F2, F3, F4 können es sich sowohl um Sensoren oder um Aktoren handeln. Der Feldbus FB arbeitet entsprechend nach einem der bekannten Feldbus-Standards wie Profibus, Foundation Fieldbus oder HART.

[0039]

[0040] In Fig. 2 ist ein Blockschaltbild eines Feldgerätes z. B. F1 näher dargestellt. Eine Recheneinheit RE (μC/CPU) ist zur Messwerterfassung über einen Analog/Digital-Wandler A/D mit einem Messwertaufnehmer MA verbunden, der eine Prozessvariable (z. B. Druck, Durchfluss oder Füllstand etc.) erfasst.

[0041] Die Recheneinheit RE ist mit mehreren Speicherelementen verbunden.

Ein RAM-Speicher dient als temporäre Speicher, ein EPROM-Speicher als Speicher für das in der Recheneinheit auszuführende Anwendungsprogramm und ein

[0042] EEPROM-Speicher als Speicher für Kalibrierdaten und verschiedene Parameterwerte insbesondere auch für das Setup-Programm der Recheneinheit RE.

[0043] Weiterhin ist die Recheneinheit RE mit einem Taktgenerator TG verbunden, der die Zeitbasis für den Systemtakt liefert.

[0044] Zur Kommunikation mit dem Feldbussegment SM1 ist die Recheneinheit RE über einen Kommunikations-Controller COM mit einer Feldbusschnittstelle FBS verbunden.

[0045] Zur Vor-Ort-Bedienung kann das Feldgerät F1 noch neben der

Feldbusschnittstelle FBS eine weitere Kommunikationsschnittstelle, eine Bedienschnittstelle, aufweisen.

[0046] Eine Spannungsversorgungseinheit DC liefert die notwendige Energie für das Feldgerät F1. Die Versorgungsleitungen zu den einzelnen Bauteilen sind der übersichtlichkeit nicht eingezeichnet.

[0047] Die wesentliche Idee der Erfindung besteht darin, dass das Format der Variable(n) in einer Konfigurationsdatei definiert wird. Die Konfigurationsdatei enthält alle relevanten Informationen für die Definition der Variablen.

[0048] Diese Datei wird, wenn eine neue Formatierung notwendig ist, während der Laufzeit des Anwendungsprogramms in das Gerät übertragen.

[0049] Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.

[0050] In der Firmware, dem im Feldgerät ablaufenden Anwendungsprogramm, ist ein Adressbereich mit festem Format (z. B. Byte) und Länge (z. B. 20) definiert.

[0051] In der Konfigurationsdatei ist definiert z. B.: SN=1-16, String. Bisher war die Variable SN (Serien-Nummer) nur mit 10 Bytes definiert. Dies bedeutet, dass die Variable SN nunmehr die ersten 16 Bytes im Speicher mit dem Format „String" belegen soll.

[0052] über eine Kommunikationsschnittstelle

(Bedienschnittstelle/Feldbusschnittstelle) am Feldgerät wird mit Hilfe eines Bedienprogramms (z. B. FieldCare, Fa. Endress+Hauser) ein Konfigurationsdienst aufgerufen und die Konfigurationsdatei dem Feldgerät übergeben. Anschließend wird die Variable SN im Feldgerät automatisch umformatiert.

[0053] Um die geänderte Serien-Nummer im Feldgerät zu speichern, wird ein Schreibdienst im Feldgerät aufgerufen und die Variable „SN" mit dem Wert: „ABC123EFG4-00001" übergeben. Der Schreibdienst Geräte codiert die Variable vom Typ „String" ins „Byte" Format und speichert diesen gemäß Konfigurationsdatei in den Bytes 1-16 ab.

[0054] über die Kommunikationsschnittstelle kann über einen Lesedienst die Variable „SN" nun von einer Bedieneinheit abgefragt werden.

[0055] Ein Lesedienst im Geräte liest die Variablen aus den Bytes 1-16 aus und decodiert sie gemäß Konfigurationsdatei vom „Byte"- in das „String"- Format zurück und übergibt die Variable „SN" mit dem Wert:

„ABC123EFG4-00001" an die Bedieneinheit. [0056] Variablen deren Format geändert werden muss, sind in der Regel die

Variablen eines elektronischen Typenschilds (electronic nameplate), wie z.

B. die Serien-Nummer. [0057] Es ist sinnvoll dem elektronischen Typenschild eine Versionsnummer zuzuordnen, wobei jeder Versionsnummer ein Satz von Variablen mit einer definierten Formatierung entspricht. [0058] Die so angepassten Serien-Nummern bzw. elektronischen Typenschilder erlauben es z. B. auch Altgeräte (installierte Basis) in

„Life-Cycle-Management"-Anwendungen zu integrieren. [0059] Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in einfacher Weise zur

Laufzeit eines Anwendungsprogramms die Formatierung einer Variablen in einem Feldgerät geändert werden. Da die änderung zur Laufzeit erfolgt, ist keine Unterbrechung des normalen Betriebs des Feldgerätes notwendig.